DE102005043010A1 - Decimating filter cascade with minimized settling time after reinitialization - Google Patents
Decimating filter cascade with minimized settling time after reinitialization Download PDFInfo
- Publication number
- DE102005043010A1 DE102005043010A1 DE200510043010 DE102005043010A DE102005043010A1 DE 102005043010 A1 DE102005043010 A1 DE 102005043010A1 DE 200510043010 DE200510043010 DE 200510043010 DE 102005043010 A DE102005043010 A DE 102005043010A DE 102005043010 A1 DE102005043010 A1 DE 102005043010A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- filter
- decimating
- cascade
- polyphase
- input
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H17/00—Networks using digital techniques
- H03H17/02—Frequency selective networks
- H03H17/06—Non-recursive filters
- H03H17/0621—Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing
- H03H17/0635—Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies
- H03H17/065—Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies the ratio being integer
- H03H17/0664—Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies the ratio being integer where the output-delivery frequency is lower than the input sampling frequency, i.e. decimation
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H17/00—Networks using digital techniques
- H03H17/02—Frequency selective networks
- H03H17/04—Recursive filters
- H03H17/0416—Recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing
- H03H17/0427—Recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies
- H03H17/0438—Recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies the ratio being integer
- H03H17/045—Recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies the ratio being integer where the output-delivery frequency is lower than the input sampling frequency, i.e. decimation
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H17/00—Networks using digital techniques
- H03H17/02—Frequency selective networks
- H03H17/0223—Computation saving measures; Accelerating measures
- H03H2017/0244—Measures to reduce settling time
Abstract
Eine Filterkaskade besteht aus mindestens einem Filterpfad (FP¶1¶; FP¶2¶) mit jeweils mindestens einem dezimierenden Filter (F¶0¶, F¶1¶, F¶2¶, ..., F¶N-1¶). Der Eingang der Filterkaskade wird von einem abgetasteten Eingangssignal (X¶0¶(k¶0¶)) mit mehreren durch mindestens einen ungültigen Abtastwert voneinander getrennten gültigen Signalabschnitten beaufschlagt. Jedes dezimierende Filter (F¶0¶, F¶1¶, F¶2¶, ..., F¶N-1¶) wird jeweils zu Beginn eines gültigen Signalabschnitts reinitialisiert und erzeugt anschließend nach einer minimalen Anzahl von Abtastwerten des am Eingang (E) der Filterkaskade anliegenden Eingangssignals (y¶0¶(k¶0¶)) jeweils am Filterausgang (A¶0¶, A¶1¶, A¶2¶, ..., A¶N-1¶) einen eingeschwungenen Abtastwert, wobei die minimale Anzahl von Abtastwerten der um den Faktor 1 reduzierten Filterlänge DOLLAR I1 des jeweiligen Filterpfads (FP¶1¶, FP¶2¶) entspricht.A filter cascade consists of at least one filter path (FP¶1¶; FP¶2¶) each with at least one decimating filter (F¶0¶, F¶1¶, F¶2¶, ..., F¶N-1¶ ). The input of the filter cascade is acted upon by a sampled input signal (X¶0¶ (k¶0¶)) with several valid signal sections separated from each other by at least one invalid sampling value. Each decimating filter (F¶0¶, F¶1¶, F¶2¶, ..., F¶N-1¶) is reinitialized at the beginning of a valid signal section and then generates the at the input after a minimum number of samples (E) the input signal present in the filter cascade (y¶0¶ (k¶0¶)) at the filter output (A¶0¶, A¶1¶, A¶2¶, ..., A¶N-1¶) steady sample value, whereby the minimum number of sample values corresponds to the filter length DOLLAR I1 of the respective filter path (FP¶1¶, FP¶2¶) reduced by a factor of 1.
Description
Die Erfindung betrifft eine dezimierende Filterkaskade mit minimierter Einschwingzeit nach Reinitialisierung.The The invention relates to a decimating filter cascade with minimized Settling time after reinitialization.
In der digitalen Signalverarbeitung gibt es zahlreiche Anwendungen, in denen die Abtastfrequenz des abgetasteten Signals verringert werden muss. Hierzu werden dezimierende Filter eingesetzt, die sich in Transversal- und Polyphasenfilter unterteilen.In There are many applications in digital signal processing in which the sampling frequency of the sampled signal is reduced must become. Decimating filters are used for this purpose divide into transversal and polyphase filters.
Reale
Polyphasenfilter, die im folgenden betrachtet werden, können durch
ein Ersatzschaltbild mit einer Serienschaltung aus einem nicht dezimierenden
Filter NDF und einem idealen Polyphasendezimator PPD beschrieben
werden. Gemäß
Die Filterung des abgetasteten Eingangssignals in einem FIR-Filter NDF bewirkt, daß das resultierende Ausgangssignal aufgrund der Faltung des abgetasteten Eingangssignals mit der Impulsantwort h(k) des FIR-Filters NDF erst nach einer bestimmten Anzahl von Abtastzeitpunkten einen "korrekten Wert" aufweist und somit eingeschwungen ist. Dieser Einschwingvorgang ist nach insgesamt L – 1 Abtastzeitpunkten abgeschlossen, wobei L die Filterlänge des FIR-Filters NDF ist. Durch die Kombination des FIR-Filters NDF mit dem idealen Polyphasendezimator PPD ergibt sich, wie weiter unten noch im Detail gezeigt wird, eine weitere Verschlechterung des Einschwingvorgangs.The Filtering the sampled input signal in a FIR filter NDF causes the resulting output due to the convolution of the sampled Input signal with the impulse response h (k) of the FIR filter NDF first after a certain number of sampling times has a "correct value" and thus has settled. This transient is after total L - 1 Sampling times completed, where L is the filter length of FIR filters NDF is. By combining the FIR filter NDF with the ideal polyphase decoder PPD results, as below will be shown in detail, a further deterioration of the transient process.
In der Spektrumanalyse kann nach einer Abwärtsmischung von der Zwischenfrequenz ins Basisband, einer Empfangsfilterung und einer starken Abtastratenreduzierung die minimale Bandbreite des sogenannten VIDEO-Filters abhängig von der Messung beispielsweise 1 Hz betragen, so daß die Abtastrate des Signals am Ausgang der Filterkaskade entsprechend niedrig ist. Insbesondere bei derart niedrigen Abtastraten des Signals am Ausgang der Filterkaskade kann die Messzeit durch eine optimale Wahl der Polyphasenkomponente verkürzt werden.In the spectrum analysis may be after a down-conversion from the intermediate frequency to baseband, receive filtering and a strong sample rate reduction the minimum bandwidth of the so-called VIDEO filter depends on The measurement may be, for example, 1 Hz, so that the sampling rate of the signal at the output of the filter cascade is correspondingly low. Especially at such low sample rates of the signal at the output of the filter cascade the measuring time can be shortened by an optimal choice of the polyphase component.
Hinzukommt, daß in vielen Messanwendungen wie beispielsweise in der Spektrumsanalyse sogenannte gegatete Messungen durchgeführt werden, in denen mehrere Signalabschnitte mit gültigen Meßwerten von Signalabschnitten mit ungültigen Meßwerten unterbrochen sind. Jeder neue Signalabschnitt, in dem gültige Meßwerte vorliegen, stellt für die dezimierende Filterkaskade eine neue Anregung dar, die zu einem neuen Einschwingvorgang der dezimierenden Filterkaskade führt. Im Gegensatz zum ersten gültigen Signalabschnitt, in denen die dezimierende Filterkaskade vorab keine Anregung durch ungültige Meßwerte erfährt, wird die dezimierende Filterkaskade in allen nachfolgenden gültigen Signalabschnitten vorab mit ungültigen Meßwerten fälschlicherweise angeregt und zum Zeitpunkt des Einsetzens des gültigen Signalabschnitts in einen Filterzustand überführt, der nicht dem originären Filterzustand zu Beginn des ersten gültigen Signalabschnitts entspricht und deshalb zu einer weiteren Verschlechterung der Einschwingzeit der dezimierenden Filterkaskade führen kann.Come in addition, that in many measurement applications such as spectrum analysis so-called gated measurements are carried out in which several Signal sections with valid Measured values of Signal sections with invalid readings are interrupted. Each new signal section containing valid measured values represents for the decimating filter cascade is a new stimulus that leads to a new transient of the decimating filter cascade leads. in the Contrary to the first valid Signal section in which the decimating filter cascade beforehand no Suggestion by invalid readings learns becomes the decimating filter cascade in all subsequent valid signal sections in advance with invalid Measured values wrongly excited and at the time of insertion of the valid signal section in converts a filter state, the not the original filter condition at the beginning of the first valid Signal section corresponds and therefore to a further deterioration the settling time of the decimating filter cascade can lead.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Einschwingzeit einer dezimierenden Filterkaskade, insbesondere auch für den Anwendungsfall von gegateten Messsungen, zu minimieren.task The invention is therefore the settling time of a decimating Filter cascade, especially for the application of gated Measurements, to minimize.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The The object is solved by the features of claim 1. The dependent claims contain advantageous developments of the invention.
Als Bedingung für eine minimierte Einschwingzeit des dezimierenden Filters beziehungsweise der dezimierenden Filterkaskade wird die Einschwingzeit eines FIR-Filters NDF herangezogen, die einer Anzahl von Abtastzeitpunkten des Ausgangssignals in Höhe der um den Faktor 1 reduzierten Filterlänge L entspricht.When Condition for a minimized settling time of the decimating filter or The decimating filter cascade becomes the settling time of an FIR filter NDF, the number of sampling times of the output signal in height the reduced by a factor of 1 filter length L corresponds.
Handelt es sich um ein einziges dezimierendes Filter, so ergibt sich erfindungsgemäß die Polyphasenkomponente p des idealen Polyphasendezimators PPD für eine minimale Einschwingzeit des dezimierenden Filters als Rest der Modulo-Division der um den Faktor 1 reduzierten Filterlänge L durch den Dezimationsfaktor R. Bei einer derartigen Belegung der Polyphasenkomponente p kommt genau ein Abtastwert des Ausgangssignals des dezimierenden Filters auf denjenigen Abtastzeitpunkt des Eingangssignals des dezimierenden Filters zu liegen, der um insgesamt L – 1 Abtastzeitpunkte vom Beginn der Anregung des dezimierenden Filters entfernt liegt und damit zum frühestmöglichen Zeitpunkt eingeschwungen ist.These it is a single decimating filter, according to the invention results in the polyphase component p of the ideal polyphase decimator PPD for a minimum settling time of the decimating filter as the remainder of the modulo division around the Factor 1 reduced filter length L by the decimation factor R. In such an occupancy of the Polyphase component p comes exactly one sample of the output signal of the decimating filter at the sampling instant of the input signal of the decimating filter by a total of L - 1 sampling times from the beginning of the excitation of the decimating filter and thus the earliest possible Time has settled.
Liegt eine dezimierende Filterkaskade vor, so ergeben sich erfindungsgemäß die Polyphasenkomponenten der einzelnen Polyphasendezimatoren PPD der dezimierenden Filterkaskade aus der Betrachtung, dass jeweils genau ein Abtastwert aller Abtastwerte des am Ausgang des jeweiligen Polyphasendezimators PPD anliegenden Ausgangssignals auf denjenigen Abtastzeitpunkt des Eingangssignals der dezimierenden Filterkaskade zu liegen kommt, der um eine Anzahl von Abtastzeitpunkten vom Beginn der Anregung der dezimierenden Filterkaskade entfernt liegt, die genau der um den Faktor 1 reduzierten Filterlänge L ~ der gesamten dezimierenden Filterkaskade entspricht. Bei einer derartigen Festlegung der Polyphasenkomponente aller Polyphasendezimatoren PPD der dezimierende Filterkaskade sind erfindungsgemäß sämtliche Ausgangssignale der in der dezimierenden Filterkaskade seriell verschalteten dezimierenden Filter frühestmöglich eingeschwungen.Lies a decimating filter cascade, the invention results in the polyphase components the individual polyphase decimators PPD of the decimating filter cascade from the consideration that each exactly one sample of all samples of the voltage applied to the output of the respective Polyphasendezimators PPD Output signal to the sampling time of the input signal the decimating filter cascade comes to lie which by a number from sampling instants from the beginning of the decimating excitation Filter Cascade is located, which reduced exactly by a factor of 1 Filter length L the entire decimating filter cascade. In such a Determination of the polyphase component of all Polyphasendezimatoren PPD the decimating filter cascade are all according to the invention Output signals of the serially connected in the decimating filter cascade decimating filter as early as possible.
Neben einer rein seriellen Anordnung der einzelnen dezimierenden Filter in einer dezimierenden Filterkaskade gibt es auch Anwendungen von dezimierenden Filterkaskaden, in denen die einzelnen dezimierenden Filter sowohl seriell wie auch parallel zueinander angeordnet sind. Aufgrund der seriellen und parallelen Verschaltung der einzelnen dezimierenden Filter sind mehrere Eingänge E1, E2,... und Ausgänge A1, A2,... vorhanden und damit mehrere Filterpfade zwischen jeweils einem Eingang und einem Ausgang in einer derartigen dezimierenden Filterkaskade ausgebildet. Um ein minimales Einschwingen jedes Filterpfades der dezimierenden Filterkaskade zu verwirklichen, müssen die einzelnen Polyphasenkomponenten p der einzelnen dezimierenden Filter des jeweiligen Filterpfades analog wie im Fall einer rein seriellen Verschaltung der einzelnen dezimierenden Filter in einer dezimierenden Filterkaskade ausgelegt werden.Besides a purely serial arrangement of the individual decimating filters in a decimating filter cascade, there are also applications of decimating filter cascades in which the individual decimating filters are arranged both serially and parallel to one another. Due to the serial and parallel connection of the individual decimating filters, there are several inputs E 1 , E 2 ,..., And outputs A 1 , A 2 ,..., And thus several filter paths between one input and one output in such a decimating filter cascade educated. In order to realize a minimal settling of each filter path of the decimating filter cascade, the individual polyphase components p of the individual decimating filters of the respective filter path must be designed analogously as in the case of a purely serial connection of the individual decimating filters in a decimating filter cascade.
Liegt ein Eingangssignal der dezimierenden Filterkaskade vor, das mehrere Signalabschnitte mit gültigen Abtastwerten aufweist, die durch jeweils einen Signalabschnitt mit ungültigen Abtastwerten voneinander getrennt sind, werden die einzelnen dezimierenden Filter der dezimierenden Filterkaskade bei Beginn jedes gültigen Signalabschnitts reinitialisiert. Die Reinitialisierung der dezimierenden Filter bewirkt ein Rücksetzen sämtlicher Verzögerungsstufen der als nicht dezimierender Filteranteil verwendeten FIR-, IIR- oder CIC-Filter und der als dezimierender Filteranteil verwendeten Polyphasendezimatoren.Lies an input signal of the decimating filter cascade that several Signal sections with valid Having samples, each with a signal section with invalid Samples are separated from each other, the individual decimating Filter the decimating filter cascade at the beginning of each valid signal segment reinitialized. The reinitialization of decimating filters causes a reset of all delay stages the FIR, IIR, non-decimating filter component or CIC filter and the decimating filter portion used Polyphasendezimatoren.
Die Reinitialisierung der einzelnen dezimierenden Filter kann jeweils über ein Steuersignal erfolgen, das zentral von einer übergeordneten Einheit zur Ablaufsteuerung erzeugt wird oder von dem im jeweiligen Filterpfad vorgelagerten dezimierenden Filter nach dessen Reinitialisierung weitergereicht wird.The Reinitialization of each decimating filter can each be done over one Control signal done centrally by a higher-level unit for flow control is generated or upstream of the respective filter path decimating filter after its reinitialization passed becomes.
Nach der Reinitialisierung der einzelnen dezimierenden Filter der dezimierenden Filterkaskade sind die Polyphasenkomponenten der einzelnen Polyphasendezimatoren äquivalent wie bei einem Eingangssignal, das nur gültige Abtastwerte enthält, zu dimensionieren, um ein Einschwingen der dezimierenden Filterkaskade in minimaler Zeit zu gewährleisten.To the reinitialization of the decimating decimating filters Filter cascade are the polyphase components of the individual Polyphasendezimatoren equivalent to dimension as with an input signal containing only valid samples, to a settling of the decimating filter cascade in minimal To ensure time.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen dezimierenden Filterkaskade werden im folgenden unter Berücksichtigung der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:embodiments the decimating invention Filter cascade are below taking into account the drawing explained in more detail. In show the drawing:
Anhand
der Zeitdiagramme von
Das
dezimierende Filter wird gemäß
Das
Ausgangssignal yDezimator(l) des idealen
Polyphasendezimators PPD, dessen Laufindex l die reduzierte Abtastrate
fa,out anzeigt, ist gleichzeitig auch das
Ausgangssignal yDezimationsfilter(l) des
dezimierenden Filters. Der ideale Polyphasendezimator PPD generiert
aus seinem abgetasteten Eingangssignal xDezimator(l)
entsprechend Gleichung (1) mittels der einstellbaren Polyphasenkomponente
p und des einstellbaren Dezimationsfaktors R ein abtastratenreduziertes
Ausgangssignal yDezimator(l).
Die Einstellung des Dezimationsfaktors R ergibt, wie weiter oben schon dargestellt, die Höhe der Abtastratenreduzierung zwischen der Abtastrate fa,in des Eingangs signals xDezimator(l) und der Abtastrate fa,out des Ausgangssignals yDezimator(l).The setting of the decimation factor R results, as already shown above, the amount of sampling rate reduction between the sampling rate f a, in the input signal x decimator (l) and the sampling rate f a, out of the output signal y decimator (l).
Die
Einstellung der Polyphasenkomponente p, die entsprechend der Bedingung
in Gleichung (2) erfolgt, bestimmt, zu welchem Zeitpunkt das abgetastete
Ausgangssignal yDezimator(l) relativ zum
abgetasteten Eingangssignal xDezimator(l)
erzeugt wird:
Der
l-te Abtastwert des Ausgangssignals yDezimator(l)
erscheint bei gegebenen Dezimationsfaktor R und gegebener Polyphasenkomponente
p zum gemäß Gleichung
(3) berechneten Abtastzeitpunkt k am Ausgang des idealen Polyphasendezimators
PPD.
Wird
für einen
nicht-optimierten Einschwingvorgang des dezimierenden Filters der
Dezimationsfaktor R = 4 und die Polyphasenkomponente p = 0 gewählt, so
erscheint der erste eingeschwungene Wert des abgetasteten Ausgangssignals
yDezimator(l) des idealen Polyphasendezimators
PPD zum Zeitpunkt k = 8 (
Als
Optimalitätskriterium
muß folglich
ausgehend von Gleichung (3) die Bedingung in Gleichung (4) erfüllt sein.
Dieses
Optimalitätskriterium
für minimiertes
Einschwingverhalten eines dezimierenden Filters impliziert die in Gleichung
(5) dargestellte Berechnungsvorschrift für die Polyphasenkomponente
P:
Somit erhält man zum frühest möglichen Zeitpunkt k = L – 1 einen eingeschwungenen Ausgangswert am Ausgang A des dezimierenden Filters. Bei einem IIR- oder CIC-Filter verwendet man in Gleichung (3) anstelle der Filterlänge L die entsprechende systemtheoretische Ersatzfilterlänge L ~IIR bzw. L ~CIC.Thus, at the earliest possible time k = L-1, a steady-state output value is obtained at the output A of the decimating filter. For an IIR or CIC filter, the corresponding system-theoretical replacement filter length L ~ IIR or L ~ CIC is used instead of the filter length L in equation (3).
Ausgehend von Gleichung (2) beträgt der Zeitgewinn Δt bei optimaler Wahl der Polyphasenkomponente P im Vergleich zur ungünstigsten Wahl der Polyphasenkomponente P gemäß Gleichung (6): Starting from equation (2), the time gain .DELTA.t with optimum selection of the polyphase component P is compared to the worst case choice of the polyphase component P according to equation (6):
Besteht die Signalverarbeitungskette nicht nur aus einem einzigen dezimierenden Filter, sondern gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung aus mehreren in Reihe geschalteten dezimierenden Filtern, so muß die in Gleichung (5) dargestellte Einstellungsvorschrift für die Polyphasenkomponente p des idealen Polyphasendezimators PPD für die optimale Einstellung der Polyphasenkomponente pi der einzelnen Polyphasendezimatoren PPDi der Filterkaskade erweitert werden, wie im folgenden hergeleitet wird.If the signal processing chain consists not only of a single decimating filter, but of several decimating filters connected in series in accordance with the first embodiment of the invention, then the polyphase component p adjustment parameter of equation (5) must be the ideal polyphase decoder PPD for the optimum polyphase component adjustment p i of the individual polyphase decimators PPD i of the filter cascade are expanded, as will be deduced below.
Gemäß
Die
dezimierenden Filter Fi,...,Fj-1 zwischen
den Ebenen i und j – in
Für
den Dezimationsfaktor R ~ij des dezimierenden
Ersatzfilters gilt die Berechnungsvorschrift in Gleichung (7), wobei
Rξ der
Dezimationsfaktor des dezimierenden Filters Fξ ist: The decimating filters F i , ..., F j-1 between the levels i and j - in
For the decimation factor R ~ ij of the decimating replacement filter, the calculation rule in equation (7) applies, where R ξ is the decimation factor of the decimating filter F ξ :
Für die Polyphasenkomponente p ~ij des dezimierenden Ersatzfilters gilt die Berechnungsvorschrift in Gleichung (8), wobei pξ die Polyphasenkomponente des dezimierenden Filters Fξ ist: For the polyphase component p ~ ij of the decimating replacement filter, the calculation rule in equation (8) applies, where p ξ is the polyphase component of the decimating filter F ξ :
Um die Ersatzübertragungsfunktion h ~ij(ki) zu berechnen, müssen zunächst die einzelnen Übertragungsfunktionen hξ(kξ) des jeweiligen dezimierenden Filters Fξ zwischen den Abtastebenen i < ξ < j von der Ebene ξ mit der Abtastfrequenz fa,ξ in die Ebene i mit der Abtastfrequenz fa,i transformiert werden. Eine auf die Ebene i mit der Abtastfrequenz fa,i transformierte Übertragungsfunktion wird im folgenden mit h ~ξ(ki) bezeichnet und hat gemäß Gleichung (9) die Eigenschaft: In order to calculate the replacement transfer function h ~ ij (k i ), first the individual transfer functions h ξ (k ξ ) of the respective decimating filter F ξ between the scanning planes i <ξ <j from the plane ξ with the sampling frequency f a, ξ in the plane i with the sampling frequency f a, i to be transformed. A transfer function transformed to the plane i with the sampling frequency f a, i is referred to below as h ~ ξ (k i ) and has the property according to equation (9):
Die transformierte Übertragungsfunktion h ~ξ(ki) des dezimierenden Filters Fξ ergibt sich aus der ursprünglichen Übertragungsfunktion hξ(kξ) des dezimierenden Filters Fξ, indem die transformierte Übertragungsfunktion h ~ξ(ki) zwischen den einzelnen Abtastzeitpunkten ki = R ~iξ·kξ jeweils mit insgesamt R ~iξ – 1 Nullen ergänzt wird.The transformed transfer function h ~ ξ (k i ) of the decimating filter F ξ results from the original transfer function h ξ (k ξ ) of the decimating filter F ξ , by the transformed transfer function h ~ ξ (k i ) between the individual sampling times k i = R ~ iξ · k ξ is supplemented with a total of R ~ iξ - 1 zeros.
Somit
ergibt sich gemäß Gleichung
(10) die Übertragungsfunktion h ~ij(ki) des dezimierenden
Ersatzfilters zwischen den Abtastebenen i und j aus einer Faltung
der auf die Abtastregion i transformierten Übertragungsfunktionen h ~ξ(kξ)
der einzelnen dezimierenden Filter Fξ zwischen
den Abtastebenen i < ξ < j:
Die Länge L ~ij des Ersatzfilters ergibt sich gemäß Gleichung (11) aus der Filterlänge Lξ des dezimierenden Filters Fξ und des Dezimationsfaktors Riξ des dezimierenden Ersatzfilters zwischen der Abtastebene i und ξ: The length L ~ ij of the substitute filter is obtained according to equation (11) from the filter length L ξ of the decimating filter F ξ and the decimation factor R iξ of the decimating substitute filter between the sampling plane i and ξ:
Der
zeitliche Zusammenhang zwischen der Abtastregion i und der Abtastregion
j lautet in Anlehnung an Gleichung (3) gemäß Gleichung (12):
Analog zur minimalen Einschwingzeit eines einzelnen dezimierenden Filters Fξ in Höhe der um den Faktor 1 reduzierten Filterlänge L des FIR-Filters NDF ergibt sich die minimale Einschwingzeit einer dezimierende Filterkaskade mit mehreren dezimierenden Filtern Fi,...,Fj-1 zwischen den Abtastebenen i und j aus der um den Faktor 1 reduzierten Filterlänge L ~ij des Ersatzfilters zwischen den Abtastebenen i und j. Folglich muß gemäß Gleichung (13) unter Berücksichtigung von Gleichung (11) zum Abtastzeitpunkt ki ein Abtastwert am Ausgang Ai,..., Aj-1 der dezimierenden Filterkaskade Fi,...,Fj-1 vorliegen, um ein minimales Einschwingen der dezimierenden Filterkaskade zu erzielen.Analogous to the minimum settling time of a single decimating filter F ξ in the amount of reduced by the factor 1 filter length L of the FIR filter NDF results in the minimum settling time of a decimating filter cascade with several decimating filters F i , ..., F j-1 between the Scanning planes i and j from the reduced by a factor of 1 filter length L ~ ij the replacement filter between the scan planes i and j. Consequently, according to equation (13), considering equation (11) at the sampling time k i, a sample must be present at the output A i , ..., A j-1 of the decimating filter cascade F i , ..., F j-1 to achieve a minimal settling of the decimating filter cascade.
Der Zeitgewinn Δt bei optimaler Wahl der Polyphasenkomponenten einer dezimierenden Filterkaskade im Vergleich zur ungünstigsten Wahl der Polyphasenkomponenten einer dezimierenden Filterkaskade beträgt gemäß Gleichung (14): The time gain .DELTA.t with optimum selection of the polyphase components of a decimating filter cascade in comparison to the worst-case choice of the polyphase components of a decimating filter cascade is according to equation (14):
Analog
zum Optimalitätskriterium
für minimiertes
Einschwingverhalten eines dezimierenden Filters in Gleichung (5),
muß für jedes
dezimierende Filter Fξ einer dezimierenden Filterkaskade
zwischen den Abtastebenen i und j ein in der Abtastebene Fξ zum
Abtastzeitpunkt kξ am Ausgang des dezimierenden
Filters Fξ anliegender
Abtastwert yξ-1(kξ)
des Ausgangssignals yξ-1 zum Abtastzeitpunkt
ki = L ~ij – 1 in der
Abtastebene i zu liegen kommen. Ausgehend von Gleichung (12) muß in Analogie
zu Gleichung (12) für
den Fall eines einzigen dezimierenden Filters das Optimalitätskriterium
in Gleichung (15) erfüllt
sein.
Dieses
Optimalitätskriterium
für minimiertes
Einschwingverhalten einer dezimierenden Filterkaskade impliziert, daß der Abtastzeitpunkt
kξ des
am Ausgang jedes dezimierenden Filters Fξ anliegenden
Abtastwertes yξ-1(kξ)
des Ausgangssignals yξ-1 ganzzahlig sein muß und somit
Gleichung (16) erfüllen
muß:
Das
Optimalitätskriterium
in Gleichung (16) kann folgendermaßen umgeformt werden:
Hierzu
wird Gleichung (8) mathematisch umgeformt nach Gleichung (17): The optimality criterion in equation (16) can be reshaped as follows:
For this purpose, equation (8) is mathematically transformed according to equation (17):
Wendet
man die Erkenntnis aus Gleichung (17) im Optimalitätskriterium
der Gleichung (16) an, so ergibt sich Gleichung (18):
Zur
Vereinfachung wird Gleichung (18) in eine äquivalente Form gemäß Gleichung
(19) umgeschrieben:
Gleichung
(19) kann unter Einführung
eines ganzzahligen Faktors λ nach
Gleichung (20) bzw. nach Gleichung (21) übergeführt werden:
Die
rechte Seite von Gleichung (21) lässt sich wiederum als Modulo-Bedingung
gemäß Gleichung
(22) beschreiben:
Führt man in Gleichung (22) eine Resubstitution der Hilfsgrößen A, b, C und R aus Gleichung (19) durch, so erhält man Gleichung (23): If a substitution of the auxiliary quantities A, b, C and R from equation (19) is carried out in equation (22), equation (23) is obtained:
Nach Substitution von μ = ξ – 1 in Gleichung (23) erhält man Gleichung (24): Substitution of μ = ξ - 1 in equation (23) gives equation (24):
Mit Hilfe von Gleichung (24) lassen sich die einzelnen Polyphasenfaktoren pμ der einzelnen dezimierenden Filter Fμ der dezimierenden Filterkaskade iterativ beginnend mit μ = i berechnen.By means of equation (24), the individual polyphase factors p μ of the individual decimating filters F μ of the decimating filter cascade can be calculated iteratively starting with μ = i.
Eine dezimierende Filterkaskade aus beispielsweise drei dezimierenden Filtern sei gegeben. Zum Zeitpunkt k0 = L ~03 – 1 soll eine dezimierende Filterkaskade eingeschwungen sein. Die einzelnen Polyphasenkomponenten p0,..., p2 der drei dezimierenden Filter lassen sich gemäß Gleichung (24a), (24b) und (24c) bestimmen: A decimating filter cascade of, for example, three decimating filters is given. At time k 0 = L ~ 03 - 1, a decimating filter cascade should have settled. The individual polyphase components p 0 ,..., P 2 of the three decimating filters can be determined according to Equations (24a), (24b) and (24c):
Das
Zeitdiagramm in
In
Aus
Zeile 3 der
Bei
einer zweiten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Filterkaskade
gemäß
Für die Bestimmung optimierter Polyphasenkomponenten in den einzelnen dezimierenden Filtern F0, F1, F2 sind die einzelnen Filterpfade FP1, FP2 als serielle Verschaltung mehrerer dezimierender Filter F0, F1, F2 zu betrachten und in analoger Weise wie in der ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen dezimierenden Filterkaskade vorzugehen. Auf diese Weise kann insbesondere sicher gestellt werden, dass zu gleichen Zeitpunkten in beiden Filterpfaden FP1, FP2 Ausgangssignale erzeugt werden.For the determination of optimized polyphase components in the individual decimating filters F 0 , F 1 , F 2 , the individual filter paths FP 1 , FP 2 are to be regarded as a serial connection of several decimating filters F 0 , F 1 , F 2 and in an analogous manner as in FIG to proceed first embodiment of a decimating filter cascade according to the invention. In this way, it can be ensured in particular that output signals are generated at the same times in both filter paths FP 1 , FP 2 .
Wird
ein einzelnes dezimierendes Filter entsprechend
Das
abgetastete Signal yDezimator(l) am Ausgang
A des Polyphasendezimators PPD weist bei einem Dezimationsfaktor
R = 4 und einer Polyphasenkomponente p = 1 bei fehlender Reinitialisierung
des FIR-Filters den in
Wird dagegen das dezimierende Filter – nicht dezimierendes FIR-Filter und Polyphasendezimator – zu Beginn jedes Signalabschnitts, das gültige Abtastwerte des Eingangssignals xDezimationsfilter(k) = xFIR(k) aufweist, erfindungsgemäß zurückgesetzt, so erfolgt mit der optimal eingestellten Polyphasenkomponente p des Polyphasendezimators PPD ein Einschwingen des dezimierenden Filters in minimaler Zeit. Ein Zurücksetzen – Reinitialisierung – des dezimierenden Filters zu Beginn des ersten Signalabschnitts ist nicht erforderlich, da sich zu diesem Zeitpunkt das dezimierende Filter in seinem originären Filterzustand befindet.If, on the other hand, the decimating filter-not decimating FIR filter and polyphase decimator-is reset according to the invention at the beginning of each signal section having valid samples of the input signal x decimation filter (k) = x FIR (k), then the polyphase component p of the polyphase decimator is optimally adjusted PPD a settling of the decimating filter in minimal time. A reset - reinitialization - of the decimating filter at the beginning of the first signal section is not required because at this time the decimating filter is in its original filter state.
In
der 4. Zeile der
Im
Zeitdiagramm der
Die
Reinitialisierung der einzelnen dezimierenden Filter einer erfindungsgemäßen dezimierenden
Filterkaskade erfolgt in einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filterkaskade
mit Reinitialisierung in
In
einer zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Filterkaskade
mit Reinitialisierung in
Die bisher dargestellte Reinitialisierung der Filterzustände des nicht dezimierenden Filters und des Polyphasendezimators kann alternativ auch auf eine Reinitialisierung einzig der Filterzustände des Polyphasendezimators beschränkt werden. Die Signalwerte am Ausgang der Filter in der Phase des Einschwingvorgangs sind bei einer derartigen Reinitialisierung zwar unterschiedlich zu den Signalwerten am Ausgang der Filter in der Phase des Einschwingvorgangs bei der beschriebenen Reinitialisierung, die Einschwingzeit ist aber in beiden Fällen äquivalent minimal.The reinitialization of the filter states of the non-decimating filter and of the polyphase decimator shown hitherto can alternatively also be based on a reinitialization of only the filter states of the polyphase decimators be limited. Although the signal values at the output of the filters in the phase of the transient process are different from the signal values at the output of the filters in the phase of the transient during the reinitialization described in such Reinitialisierung, the settling time is equivalent in both cases equivalent minimal.
Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere
sind außer der
in
Claims (10)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200510043010 DE102005043010A1 (en) | 2005-09-09 | 2005-09-09 | Decimating filter cascade with minimized settling time after reinitialization |
EP06018465.2A EP1763135B1 (en) | 2005-09-09 | 2006-09-04 | Decimating filter cascade with minimized settling time after reinitialization |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200510043010 DE102005043010A1 (en) | 2005-09-09 | 2005-09-09 | Decimating filter cascade with minimized settling time after reinitialization |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102005043010A1 true DE102005043010A1 (en) | 2007-03-15 |
Family
ID=37401650
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE200510043010 Withdrawn DE102005043010A1 (en) | 2005-09-09 | 2005-09-09 | Decimating filter cascade with minimized settling time after reinitialization |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1763135B1 (en) |
DE (1) | DE102005043010A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107250817A (en) * | 2015-03-04 | 2017-10-13 | 三菱电机株式会社 | Phase frequency detection means |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4398262A (en) * | 1981-12-22 | 1983-08-09 | Motorola, Inc. | Time multiplexed n-ordered digital filter |
US6023717A (en) * | 1996-10-30 | 2000-02-08 | Qualcomm Incorporated | Method and apparatus for polyphase digital filtering in a mobile telephone |
EP1372264A2 (en) * | 2002-03-27 | 2003-12-17 | Broadcom Corporation | Low power decimation system and method of deriving same |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4835723A (en) * | 1987-04-03 | 1989-05-30 | Tektronix, Inc. | Phase coordinated multistage digital filter |
US5068813A (en) * | 1989-11-07 | 1991-11-26 | Mts Systems Corporation | Phased digital filtering in multichannel environment |
-
2005
- 2005-09-09 DE DE200510043010 patent/DE102005043010A1/en not_active Withdrawn
-
2006
- 2006-09-04 EP EP06018465.2A patent/EP1763135B1/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4398262A (en) * | 1981-12-22 | 1983-08-09 | Motorola, Inc. | Time multiplexed n-ordered digital filter |
US6023717A (en) * | 1996-10-30 | 2000-02-08 | Qualcomm Incorporated | Method and apparatus for polyphase digital filtering in a mobile telephone |
EP1372264A2 (en) * | 2002-03-27 | 2003-12-17 | Broadcom Corporation | Low power decimation system and method of deriving same |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
FLIEGE,Norbert: Multiraten-Signalverarbeitung.Theorie und Anwendungen. B.G.Teubner-Verlag,Stuttgart,1993,S.12-31,114-123 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107250817A (en) * | 2015-03-04 | 2017-10-13 | 三菱电机株式会社 | Phase frequency detection means |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1763135B1 (en) | 2015-12-02 |
EP1763135A1 (en) | 2007-03-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0137323A2 (en) | Method and device to convert a sampled input signal sequence into a sampled output signal sequence | |
EP0696848B1 (en) | Method of digital signal interpolation | |
DE102005018858B4 (en) | Digital filter and method for determining its coefficients | |
EP0590323B1 (en) | Filter for adjusting the band width of a control loop | |
DE4337135C1 (en) | Drop-and-add multiplexer for converting and conditioning a frequency-division multiplex signal | |
DE19919575C1 (en) | Comb filter arrangement for decimation of a sequence of digital input values into a sequence of digital output values by a non-integer factor | |
DE19510655B4 (en) | Circuit arrangement for filtering a stream of quantized electrical signals and method for filtering a stream of quantized electrical signals | |
DE102005043010A1 (en) | Decimating filter cascade with minimized settling time after reinitialization | |
DE10112275B4 (en) | interpolator | |
DE10131224C1 (en) | Electrical filter with blocking properties for predetermined frequency has finite, infinite impulse response filters essentially tuned to blocking and low pass properties respectively | |
EP1763134B1 (en) | Decimating filter and decimating filter cascade with minimized settling time | |
DE10152628A1 (en) | Adaptive channel filter for mobile radio receivers and method for adaptive channel filtering | |
EP1586914B1 (en) | Digital Filters for Use in NMR or MRI | |
DE10134384B4 (en) | Method for optimizing a digital filter and use of such a method | |
EP0489281B1 (en) | Arrangement for signal processing in the modulation path to a transmitter | |
EP1777817B1 (en) | Digital filter with stable filter state during invalid signal regions in a digital filter cascade | |
EP0445335A1 (en) | Device and method for increasing the clock rate of a fir filter | |
DE102013201126B4 (en) | Filter for interpolated signals | |
DE102005004371B4 (en) | Filter method and filter device with a plurality of filter branches | |
EP1118214B1 (en) | Method for modifying the image size of video images | |
DE102005060874A1 (en) | Non-equidistantly sampled analog signals reconstructing method, involves filtering weight value sequence using reconstruction filter function for forming reconstruction value sequence | |
DE10110294A1 (en) | Digital signal sampling rate conversion method by decimating, down-sampling and up-sampling | |
DE10015700B4 (en) | Method and circuit arrangement for sampling rate conversion of digital signals | |
EP1780891B1 (en) | Digital filter cascade with a filter having its bandwidth broadened during transient period | |
DE3406833C2 (en) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
R012 | Request for examination validly filed |
Effective date: 20120611 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |